DE10128877A1 - Fahrzeug-Kühlkreislauf für die Kühlung einer temperaturerhöhenden Einrichtung mittels eines Kühlmittels - Google Patents

Abstract

Es wird ein Fahrzeug-Kühlkreislauf (10) für die Kühlung einer temperaturerhöhenden Einrichtung (11) mittels eines Kühlmittels, mit einem oder mehreren, parallel und/oder in Reihe geschalteten Kühlern (12), einer Kühlmittelpumpe (13) und einem zwischen der temperaturerhöhenden Einrichtung (11) und dem Kühler (12) angeordneten Wärmetauscher (14), der mit einem Wärmepumpenkreis (18) gekoppelt ist, vorgeschlagen. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass - in Strömungsrichtung (15) des Kühlmittels gesehen - der Wärmetauscher stromabwärts zum Kühler (12) und stromaufwärts zur temperaturerhöhenden Einrichtung (11) liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeug-Kühl­ kreislauf für die Kühlung einer temperaturerhöhen­ den Einrichtung mittels eines Kühlmittels, mit einem oder mehreren, parallel und/oder in Reihe ge­ schalteten Kühlern, einer Kühlmittelpumpe und einem zwischen der temperaturerhöhenden Einrichtung und dem Kühler angeordneten Wärmetauscher, der mit einem Wärmepumpenkreis gekoppelt ist, gemäß Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Fahrzeug-Kühlkreisläufe der eingangs genannten Art sind bereits bekannt. Die DE 198 50 829 C1 offen­ bart einen Kühl-Heiz-Kreis für ein Fahrzeug. Dem Kühl-Heiz-Kreis ist zur Erhöhung der Leistungsdich­ te ein Wärmepumpenkreislauf zugeordnet. Nachteil­ hafterweise sind die mit einem derartigen bekannten Kühlsystem erzielbaren Kühlleistungen nicht zufrie­ denstellend. Dies ist beispielsweise insbesondere deshalb von Bedeutung, weil im Rahmen von Entwick­ lungen von neuen Generationen von Fahrzeugen (Brennstoffzellenfahrzeugen, Elektro- und Hybrid­ fahrzeugen sowie hochmotorisierten Nutzfahrzeugen mit gekühlter Abgasrückführung) deutlich höhere Wärmelasten abgeführt werden müssen als bei her­ kömmlichen Verbrennungsfahrzeugen. Darüber hinaus muss insbesondere bei Brennstoffzellenfahrzeugen das Temperaturniveau des Kühlkreislaufs aufgrund der Temperaturbegrenzung der Brennstoffzelle so weit abgesenkt werden, so dass eine Kühlung mit heutigen Kühlkonzepten mangels Temperaturgefälle kaum mehr möglich ist. Die Abfuhr der Wärmelasten würde sehr große Wärmeübertrager und sehr große durchgesetzte Luftmengen erfordern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Fahrzeug-Kühl­ kreislauf der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mittels welchem eine bei gegebenem Bauraum verbes­ serte Kühlleistung erzielt werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fahrzeug-Kühlkreis­ lauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschla­ gen, der sich dadurch auszeichnet, dass - in Strö­ mungsrichtung des Kühlmittels gesehen - der Wärme­ tauscher stromabwärts zum Kühler und stromaufwärts zur temperaturerhöhenden Einrichtung liegt. Ein derartig angeordneter Wärmetauscher erlaubt eine Wärmeabführung vom Kühlmittelkreis zum Wärmepumpen­ kreis auf der "kalten" Seite des Kühlmittelkreises. Es erfolgt somit im Kühler eine Vorkühlung des Kühlmittels und eine sich hieran anschließende Wärmeübertragung vom Kühlmittelkreis auf den Wärme­ pumpenkreis. Somit weist das Kühlmittel vor der Vorkühlung mittels des Kühlers eine verhältnismäßig hohe Betriebstemperatur auf, so dass eine effektive Vorkühlung desselben erfolgen kann. Mittels des stromabwärts zum Kühler und stromaufwärts zur tem­ peraturerhöhenden Einrichtung angeordneten Wärme­ tauschers wird das Kühlmittel auf der "kalten" Seite des Kühlmittelkreises auf die gewünschte Be­ triebstemperatur (Kühlmitteleintrittstemperatur in Bezug auf die temperaturerhöhende Einrichtung) ge­ kühlt. Im Vergleich zum Stand der Technik, gemäß welchem ein Wärmepumpenkreis mit einem Kühlmittel­ kreis auf dessen "warmen" Seite gekoppelt ist, ist mittels des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Kühlkreis­ laufs eine Erhöhung der ansonsten erzielbaren Kühl­ leistungen erreichbar.

Vorzugsweise bildet der Wärmetauscher einen Ver­ dampfer des mit Kältemittel betriebenen Wärmepum­ penkreises. Mittels eines derartig ausgebildeten Wärmetauschers wird eine besonders effektive Wärme­ übertragung vom zu kühlenden Kühlmittel des Kühl­ mittelkreises auf ein Kältemittel des Wärmepumpen­ kreises ermöglicht. Dabei ist insbesondere die Ver­ wendung von R600a (Isobutan) oder n-Butan als Käl­ temittel möglich und vorteilhaft. Derartige Kälte­ mittel sind in einem Temperaturbereich von circa 60°C (Verdampferseite des Wärmepumpenkreises) bis circa 130°C (Hochdruckseite des Wärmepumpenkreises) in geeigneter Weise und ökologisch verträglich ein­ setzbar. Bevorzugt können auch Kältemittel für die Verwendung im Temperaturbereich zwischen 90°C und 150°C eingesetzt werden.

Der Wärmepumpenkreis weist mit Vorteil einen Kom­ pressor, einen Kondensator und ein Expansionsventil auf. In einem derartigen Wärmepumpenkreis wird mit­ tels des Kompressors das zuvor im Verdampfer er­ wärmte Kältemittel komprimiert und anschließend dem Kondensator zugeführt, der an seiner Austrittsseite mit dem Expansionsventil wirkverbunden ist. Das in dieser Weise gekühlte Kältemittel wird anschließend vom Expansionsventil zum Verdampfer geführt.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Kühler ein Kühlluftstrom zugeordnet. Dabei kann der Kühlluftstrom mittels eines oder mehrerer Lüf­ ter (Drucklüfter und/oder Sauglüfter) erzeugt wer­ den beziehungsweise, alternativ oder zusätzlich, ein sich am Fahrzeug einstellender Fahrtwind we­ nigstens teilweise zur Erzeugung des Kühlluftstroms genutzt werden. Da das Kühlmittel beim Betrieb der temperaturerhöhenden Einrichtung eine verhältnismä­ ßig hohe Betriebstemperatur an der Eintrittsseite des Kühlers aufweist, ist mittels des Kühlluft­ stroms eine verhältnismäßig effektive Vorkühlung des Kühlmittels möglich.

Vorteilhafterweise kühlt der Kühlluftstrom sowohl den Kühler (Kühlmittelkreis) als auch den Kondensa­ tor (Wärmepumpenkreis). Hierdurch wird insbesondere eine kompakte Ausgestaltung des Fahrzeug-Kühlkreis­ laufs unter Gewährleistung einer effektiven Kühl­ leistung ermöglicht.

Der Kühlluftstrom durchsetzt mit Vorteil erst den Kühler und dann den Kondensator. Da die Kühlmittel­ temperatur im Kühler in der Regel niedriger ist als die Kältemitteltemperatur im Kondensator, ist es vorteilhaft, unter Ausnutzung eines einzigen Kühl­ luftstroms zunächst das Kühlmittel und anschließend das Kältemittel zu kühlen. Ferner besteht alterna­ tiv die Möglichkeit, eine parallele Kühlung des entsprechend angeordneten Kühlers und des Kondensa­ tors mittels eines zugeordneten Kühlluftteilstroms vorzusehen.

Entsprechend einer möglichen Ausführungsform ist im Wärmepumpenkreis ein vom Kältemittel durchströmter Heizkörper zur Fahrzeuginnenraum-Erwärmung angeord­ net. In dieser Weise kann die vom Kältemittel abzu­ führende Wärme zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums genutzt werden.

Vorteilhafterweise liegt der Heizkörper zwischen dem Kompressor und dem Kondensator. Somit ist der Heizkörper in der Hochdruckseite des Wärmepumpen­ kreises integriert, da er - in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen - stromabwärts zum Kompressor und stromaufwärts zum Kondensator angeordnet ist. Hierdurch wird eine besonders effektive Wärmeüber­ tragung vom Kältemittel auf den Heizkörper gewähr­ leistet, wobei zuerst im Heizkörper und dann im Kondensator vom Kühlmittel Wärme abgegeben wird. Alternativ können auch der Heizkörper und der Kon­ densator im Wärmepumpenkreis parallel geschaltet oder - in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen - der Heizkörper stromabwärts zum Kondensator und stromaufwärts zum Expansionsventil (Hochdruckseite des Wärmepumpenkreises) angeordnet sein.

Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform ist der Heizkörper im Kühlmittelkreis angeordnet. In dieser Weise kann, alternativ oder zusätzlich in Bezug auf den Wärmepumpenkreis, abzugebende Kühl­ mittelwärme beispielsweise zur Fahrzeuginnenraum- Erwärmung genutzt werden.

Im Falle einer Integration des Heizkörpers im Kühl­ mittelkreis ist - in Strömungsrichtung des Kühlmit­ tels betrachtet - dem Heizkörper vorzugsweise ein mit dem Wärmepumpenkreis gekoppelter, einen zweiten Kondensator darstellender Wärmeübertrager vorge­ schaltet. Hierdurch wird das Kühlmittel vor Ein­ tritt in den Heizkörper zusätzlich mittels Übertra­ gung von Kältemittelwärme erwärmt, so dass eine an­ schließende, besonders effektive Übertragung von Kühlmittelwärme im Heizkörper erzielt werden kann. Gleichzeitig wird das Kältemittel mittels des zwei­ ten Kondensators vor Eintritt in den (ersten) Kon­ densator, der mit einem Kühlluftstrom durchsetzt wird, vorgekühlt. Somit ergibt sich eine besonders effektive Kühlleistung des Gesamtsystems unter gleichzeitiger Ausnutzung von abgegebener Wärme beispielsweise zur Fahrzeuginnenraum-Erwärmung.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Wärmeübertrager hinsichtlich des Wärme­ pumpenkreises zwischen dem Kompressor und dem Ex­ pansionsventil. Der Wärmeübertrager wirkt somit als Kondensator auf der Hochdruckseite des Wärmepumpen­ kreises.

Mit Vorteil ist der Wärmeübertrager mit dem Kühl­ mittelkreis gekoppelt und - in Bezug auf die Strö­ mungsrichtung des Kühlmittels - dem Wärmeübertrager der Heizkörper nachgeschaltet, wobei das vom Heiz­ körper kommende Kühlmittel einen Nebenkühler des Kühlmittelkreises durchströmt. In dieser Weise ist es möglich, den Kühlmittelstrom stromabwärts zur temperaturerhöhenden Einrichtung und stromaufwärts zum Kühler in zwei Teilströme aufzuteilen, nämlich in einen ersten Kühlmittelstrom, der durch den Küh­ ler geleitet wird und in einen zweiten Kühlmit­ telstrom, der durch den Wärmeübertrager, durch die nachgeschaltete Heizung und schließlich durch den Nebenkühler geführt wird. Dabei ist die Kühlmit­ telstromaufteilung beispielsweise mittels eines einstellbaren Drei-Wege-Ventils variierbar. Hier­ durch wird eine betriebsangepasste Kühlung der tem­ peraturerhöhenden Einrichtung und/oder Erwärmung des Fahrzeuginnenraums ermöglicht.

Vorteilhafterweise wird der Nebenkühler vom Kühl­ luftstrom gekühlt. Dabei kann der Kühlluftstrom erst den Kühler und dann den Nebenkühler durchset­ zen. Alternativ hierzu ist auch eine Parallelanord­ nung des Nebenkühlers in Bezug auf den Kühler und eine entsprechende Luftkühlung möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausfüh­ rungsbeispielen anhand zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Funktionsschaltbild des erfindungsge­ mäßen Fahrzeug-Kühlkreislaufs gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 ein Funktionsschaltbild eines erfindungs­ gemäßen Fahrzeug-Kühlkreislaufs gemäß einer zweiten, alternativen Ausführungs­ form;

Fig. 3 ein Funktionsschaltbild eines erfindungs­ gemäßen Fahrzeug-Kühlkreislaufs gemäß einer dritten, alternativen Ausführungs­ form und

Fig. 4 ein Funktionsschaltbild eines erfindungs­ gemäßen Fahrzeug-Kühlkreislaufs gemäß einer vierten, alternativen Ausführungs­ form.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen allgemein mit 10 bezeichneten Fahrzeug-Kühlkreis­ lauf für die Kühlung einer temperaturerhöhenden Einrichtung 11 mittels eines Kühlmittels. Der Fahr­ zeug-Kühlkreislauf 10 weist einen Kühlmittelkreis 16 und einen Wärmepumpenkreis 18 auf. Das Kühlmit­ tel wird gemäß Pfeilen 15 im Kühlmittelkreis 16 ge­ fördert, während ein Kältemittel gemäß Pfeilen 17 durch den Wärmepumpenkreis 18 geführt wird.

Im Kühlmittelkreis 16 ist die temperaturerhöhende Einrichtung 11 integriert, welche mittels einer Kühlmittelleitung 26 mit dem Kühler 12 zur Kühlmit­ telförderung gemäß Pfeil 15 in Verbindung steht. Vom Kühler 12 führt eine Kühlmittelleitung 27 zum Wärmetauscher 14, welcher an seinem kühlmittelsei­ tigen Austritt mittels einer Kühlmittelleitung 28 mit einer Kühlmittelpumpe 13 verbunden ist. Von der Kühlmittelpumpe 13 führt eine Kühlmittelleitung 29 zur Eintrittsseite der temperaturerhöhenden Ein­ richtung 11. Das Kühlmittel wird somit gemäß Pfei­ len 15 von der temperaturerhöhenden Einrichtung 11 durch entsprechende Kühlmittelleitungen zum Kühler 12, anschließend zum Wärmetauscher 14, danach zur Kühlmittelpumpe 13 und schließlich wieder zurück zur temperaturerhöhenden Einrichtung 11 geführt.

Der Wärmepumpenkreis 18 weist den mit dem Kühlmit­ telkreis 16 gekoppelten Wärmetauscher 14 auf, der kältemittelaustrittsseitig mittels einer Kältemit­ telleitung 33 mit einem Kompressor 19 verbunden ist. Vom Kompressor 19 führt eine Kältemittellei­ tung 30 zu einem Kondensator 20, der an seiner Aus­ trittsseite mittels einer Kältemittelleitung 31 mit einem Expansionsventil 21 verbunden ist. Eine Käl­ temittelleitung 32 führt vom Expansionsventil 21 zur Kältemitteleintrittsseite des Wärmetauschers 14. Das Kältemittel wird somit im Wärmepumpenkreis 18 gemäß den Pfeilen 17 vom Wärmetauscher 14 zum Kompressor 19 geführt, anschließend zum Kondensator 20 geleitet, von diesem zum Expansionsventil 21 ge­ führt und schließlich in den Wärmetauscher 14 zu­ rückgeleitet.

Der Wärmetauscher 14 enthält vier Anschlüsse, wobei jeweils ein Eintritts- und Austrittsanschluss für das Kühlmittel und für das Kältemittel vorgesehen sind. Dabei bildet der Wärmetauscher 14 einen Ver­ dampfer des mit Kältemittel betriebenen Wärmepum­ penkreises 18. Ferner ist im Fahrzeug-Kühlkreislauf 10 ein Lüfter 24 vorgesehen, der geeignet ist, einen Kühlluftstrom (Pfeil 22) zu erzeugen, welcher zur Kühlung sowohl des Kühlmittels im Kühler 12 als auch des Kältemittels im Kondensator 20 genutzt wird. Alternativ oder zusätzlich zum Lüfter 24 (Drucklüfter) kann auch ein als Sauglüfter ausge­ bildeter Lüfter 25 vorgesehen sein. Gegebenenfalls kann zur Kühlung des Kühlmittels im Kühler 12 und des Kältemittels im Kondensator 20 auch ein sich am Fahrzeug einstellender Fahrtwind wenigstens teil­ weise genutzt werden. Der Kühler 12 und der Konden­ sator 20 sind in Luftströmungsrichtung (Pfeil 22) gesehen derart hintereinander angeordnet, dass zu­ nächst der Kühler 12 und anschließend der Kondensa­ tor 20 mit Kühlluft durchsetzt wird.

Die erste Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist vor­ teilhaft, da erwärmtes Kühlmittel zunächst mittels einer Luftkühlung im Kühler 12 vorgekühlt wird und anschließend mittels des als Verdampfer wirkenden Wärmetauschers 14 auf eine gewünschte Betriebstem­ peratur abgekühlt wird. Aufgrund dieser Kopplung des Wärmepumpenkreises 18 mit dem Kühlmittelkreis 16 auf der "kalten" Seite des Kühlmittelkreises 16 ist eine Leistungssteigerung der Gesamtkühlleistung im Vergleich zu traditionellen Systemen von circa 20 bis 50% möglich. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass die am Austritt des Kühlers 12 auf relativ niederem Temperaturniveau vorhandene Wärme durch die Wärmepumpe auf ein höheres Tempera­ turniveau gehoben wird, auf dem ein Wärmeübertrager 20 bei der erhöhten Temperaturdifferenz entspre­ chend mehr Wärme abführen kann. Die Endabkühlung des im Kühler 12 vorgekühlten Kühlmittels auf eine gewünschte untere Kühlmitteltemperatur durch den Wärmetauscher 1 ist damit auch dann noch möglich, wenn die obere Kühlmitteltemperatur am Eintritt des Kühlers 12 höher liegt als bei bisher bekannten Systemen. Durch diese Temperaturanhebung erhöht sich zusätzlich die Wärmeleistung des Kühlers 12. Somit ergibt sich die Gesamtkühlleistung des Fahr­ zeug-Kühlkreislaufs 10 in Bezug auf das Kühlmittel aus der Summation der Kühlleistung des Kühlers 12 und der Kühlleistung des Wärmetauschers 14. Die Kühlleistung des Kondensators 20 beträgt vorzugs­ Weise circa 10 bis 60% der Gesamtleistung des Fahrzeug-Kühlkreislaufs 10. Bei der temperaturerhö­ henden Einrichtung 11 kann es sich beispielsweise um eine Brennstoffzelle oder um einen Verbrennungs­ motor oder eine andere Funktionseinheit eines Fahr­ zeugs handeln. Die weitere Funktionsweise des Fahr­ zeug-Kühlkreislaufs 10 gemäß Fig. 1 ist an sich bekannt und wird deshalb nicht detailliert be­ schrieben.

Fig. 2 zeigt eine zweite, alternative Ausführungs­ form eines Fahrzeug-Kühlkreislaufs 10, wobei im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 lediglich der Wärmepumpenkreis 18 derart verändert ist, dass vom Kompressor 19 eine Kältemittelleitung 34 unter Zwischenschaltung eines 3-Wege-Ventils 64 zu einem Heizkörper 35 führt, der mittels einer Kältemittelleitung 36 mit dem Kondensator 20 wirk­ verbunden ist. Eine Rückführleitung 65 verbindet die Kältemittelleitung 36 mit dem 3-Wege-Ventil 64. Der Heizkörper 35 ist somit auf der Hochdruckseite des Wärmepumpenkreises 18 stromabwärts zum Kompres­ sor 19 und stromaufwärts zum Kondensator 20 ange­ ordnet. Vorteilhafterweise kann der Heizkörper 35 beispielsweise zur Fahrzeuginnenraum-Erwärmung ge­ nutzt werden, da das den Heizkörper 35 durchset­ zende und erwärmte Kältemittel Wärme an selbigen abgibt. Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 ent­ spricht darüber hinaus hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise derjenigen der Fig. 1, so dass auf eine eingehende Beschreibung der zweiten Aus­ führungsform verzichtet wird.

Fig. 3 zeigt ein drittes, alternatives Ausfüh­ rungsbeispiel eines Fahrzeug-Kühlkreislaufs 10, das sich in Bezug auf die Ausführungsform gemäß Fig. 2 insbesondere dadurch unterscheidet, dass ein Heiz­ körper 54 im Kühlmittelkreis 16 integriert ist und nicht, wie in Fig. 2, im Wärmepumpenkreis 18. Ent­ sprechend Fig. 3 führt eine Kühlmittelleitung 37 von der temperaturerhöhenden Einrichtung 11 zu einem Drei-Wege-Ventil 38, das an einem seiner Aus­ tritte mittels einer Kühlmittelleitung 39 mit dem Kühler 12 wirkverbunden ist und an seinem zweiten Austritt mittels einer Kühlmittelleitung 40 mit einem Wärmeübertrager 58 verbunden ist, welcher seinerseits mit dem Wärmepumpenkreis 18 gekoppelt ist. Vom Wärmeübertrager 58 führt eine Kühlmittel­ leitung 42 zum Heizkörper 54, der mittels einer Kühlmittelleitung 43 mit der Kühlmittelleitung 39 und somit mit dem Kühler 12 in Verbindung steht. Der Wärmepumpenkreis 18 ist derart ausgebildet, dass vom Kompressor 19 eine Kältemittelleitung 44 zu einem Drei-Wege-Ventil 45 führt, das an einer Austrittsseite mit dem Wärmeübertrager 58 und an seiner zweiten Austrittsseite mit einer Kältemit­ telleitung 46 verbunden ist, welche zu einem weite­ ren Drei-Wege-Ventil 47 führt. Der Wärmeübertrager 58 ist an seiner Kältemittelaustrittsseite mit der Kältemittelleitung 46 verbunden. Vom Drei-Wege- Ventil 47 führt eine Kältemittelleitung 48 zum Kon­ densator 20, der an seiner Austrittsseite mittels der Kältemittelleitung 31 mit dem Expansionsventil 21 in Verbindung steht. Von der zweiten Austritts­ seite des Drei-Wege-Ventils 47 führt eine Kältemit­ telleitung 49 direkt zur Kältemittelleitung 31 unter Ausbildung eines Bypasses.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 erfolgt somit mittels des Wärmeübertragers 58 eine Wärme­ übertragung vom erwärmten Kältemittel auf das eben­ falls erwärmte Kühlmittel, wobei das Kühlmittel an­ schließend zum Heizkörper 54 geführt wird. Der Wär­ meübertrager 58 dient dabei gleichzeitig als zwei­ ter Kondensator in Bezug auf das Kältemittel, der dem Kondensator 20 vorgeschaltet ist. Der Heizkör­ per 54 kann auch hier beispielsweise zur Fahr­ zeuginnenraum-Erwärmung genutzt werden. Mittels des Drei-Wege-Ventils 38 ist es möglich, den Heizkörper 54 in den Fahrzeug-Kühlkreislauf 10 gegebenenfalls intensitätsvariabel zuzuschalten. Ferner erlaubt das Drei-Wege-Ventil 45 eine entsprechende Zuschal­ tung beziehungsweise Aktivierung des Wärmeübertra­ gers 58. Das Drei-Wege-Ventil 47 erlaubt dabei eine gegebenenfalls intensitätsvariable Integrations­ schaltung des Kondensators 20 in den Wärmepumpen­ kreis 18. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zeichnet sich somit durch eine besonders flexible Betriebseinstellbarkeit sowohl des Kühlmittelkrei­ ses 16 als auch des Wärmepumpenkreises 18 aus. Der weitere Aufbau und die entsprechende Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 ist an sich bekannt, so dass auf deren detaillierte Beschrei­ bung verzichtet wird.

Fig. 4 zeigt ein drittes, alternatives Ausfüh­ rungsbeispiel eines Fahrzeug-Kühlkreislaufs 10, bei welchem ebenfalls ein Heizkörper 54 im Kühlmittel­ kreis 16 integriert ist. Dem Heizkörper 54 ist ein Wärmeübertrager 58 vorgeschaltet, welcher mit dem Wärmepumpenkreis 18 gekoppelt ist und in Bezug auf das Kältemittel als Kondensator dient. Im Unter­ schied zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Wärmepumpenkreis 18 derart ausgebildet, dass vom Kompressor 19 eine Kältemittelleitung 51 zum Wärmeübertrager 58 führt, welcher an seiner Kälte­ mittelaustrittsseite mittels einer Kältemittellei­ tung 52 mit dem Expansionsventil 21 wirkverbunden ist. Vom Expansionsventil 21 führt die Kältemittel­ leitung 32 zum Wärmetauscher 14, der in Bezug auf das Kältemittel als Verdampfer wirkt. Der Wärmetau­ scher 14 ist an seiner Austrittsseite mittels der Kältemittelleitung 33 mit dem Kompressor 19 verbun­ den. Ferner ist eine Rückführleitung 67 vorgesehen, welche die Kühlmittelleitung 55 mit einem in der Kühlmittelleitung 42 zwischengeschalteten 3-Wege- Ventil 66 verbindet.

Der Wärmeübertrager 58 (Kondensator) ist bei beiden Ausführungsformen gemäß den Fig. 3 und 4 mit insgesamt vier Anschlüssen versehen, das heißt mit jeweils einem Eintritts- und Austrittsanschluss für das Kühlmittel und für das Kältemittel. Beim Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 4 weist der Wärmepum­ penkreis 18 keinen luftgekühlten Kondensator auf, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, das einen zusätzlichen, luftgekühlten Kondensator 20 im Wärmepumpenkreis 18 vorsieht. Der Kühlmittel­ kreis 16 der Ausführungsform gemäß Fig. 4 unter­ scheidet sich in Bezug auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dadurch, dass vom Heizkörper 54 eine Kühlmittelleitung 55 zu einem Nebenkühler 56 des Kühlmittelkreises 16 führt. Der Nebenkühler 56 ist mittels einer Kühlmittelleitung 57 mit der Kühlmit­ telleitung 53 und somit mit dem Wärmetauscher 14 verbunden. Das durch den Nebenkühler 56 strömende Kühlmittel wird mittels des Kühlluftstroms (Pfeil 22) vorgekühlt. Dabei ist der Nebenkühler 56 in Be­ zug auf den Kühler 12 derart luftseitig in Reihe geschaltet, dass der Kühlluftstrom gemäß Pfeil 22 zunächst das Kühlmittel im Kühler 12 und anschlie­ ßend das Kühlmittel im Nebenkühler 56 vorkühlt. Ge­ gebenenfalls sind auch hier Parallelanordnungen des Kühlers 12 und des Nebenkühlers 56 sowie eine ent­ sprechende Luftstromführung möglich.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird somit die gesamte abzugebende Kältemittelwärme mittels des Wärmeübertragers 58 (Kondensator) an das Kühl­ mittel abgegeben, welches dann zunächst den Heiz­ körper 54 und anschließend den Nebenkühler 56 (zweiter luftbeaufschlagter Kühlmittelkühler) durchströmt. Der weitere Aufbau und die entspre­ chende Funktionsweise des Fahrzeugs-Kühlkreislaufs 10 gemäß Fig. 4 ist an sich bekannt, so dass keine weitere detaillierte Beschreibung desselben er­ folgt.

Ein Fahrzeug-Kühlkreislauf entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist besonders vorteilhaft, da - wie bereits erwähnt - eine Steige­ rung der Gesamtkühlungsleistung ohne Beeinträchti­ gung des Kühlers 12 um circa 20 bis 50% möglich ist. Dabei wird die Leistungsfähigkeit des Kühlers 12 sogar leicht gesteigert, da das Kühlmittel- Temperaturniveau um circa 1 bis 2 K angehoben wird. Durch die Verwendung von Isobutan oder n-Butan als Kältemittel ist ein Druckverhältnis von lediglich circa 2 möglich, so dass ein COP-Wert von 4 er­ reicht werden kann. Mittels des in Bezug auf die Luftströmung (Pfeil 22) hinter dem Kühler 12 ange­ ordneten Kondensators 20, beziehungsweise mittels des Nebenkühlers 56, wird eine bessere Kühlleistung durch die verfügbare Kühlluft erzielt im Vergleich zu einem einzelnen, mit Kühlluft beaufschlagten Kühler 12. Ferner ist es möglich; einen integrier­ ten beziehungsweise integrierbaren Heizkörper zur Temperierung des Fahrgastinnenraums zu nutzen. Ent­ sprechend einer nicht dargestellten Ausführungsform kann alternativ auch eine Absorptions/Adsorptions- Wärmepumpe vorgesehen sein.

Claims (14)

1. Fahrzeug-Kühlkreislauf für die Kühlung einer temperaturerhöhenden Einrichtung mittels eines Kühlmittels, mit einem oder mehreren, parallel und/oder in Reihe geschalteten Kühlern, einer Kühl­ mittelpumpe und einem zwischen der temperaturerhö­ henden Einrichtung und dem Kühler angeordneten Wär­ metauscher, der mit einem Wärmepumpenkreis gekop­ pelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass - in Strömungsrichtung (15) des Kühlmittels gesehen - der Wärmetauscher stromabwärts zum Kühler (12) und stromaufwärts zur temperaturerhöhenden Einrichtung (11) liegt.

2. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme­ tauscher (14) einen Verdampfer des mit Kältemittel betriebenen Wärmepumpenkreises (18) bildet.

3. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmepum­ penkreis (18) einen Kompressor (19), einen Konden­ sator (20) und ein Expansionsventil (21) aufweist.

4. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühler (12) ein Kühlluftstrom (22) zugeordnet ist.

5. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluft­ strom (22) sowohl den Kühler (12) als auch den Kon­ densator (20) kühlt.

6. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluft­ strom (22) erst den Kühler (12) und dann den Kon­ densator (20) durchsetzt.

7. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmepum­ penkreis (18) ein vom Kältemittel durchströmter Heizkörper (35; 54) zur Fahrzeuginnenraum-Erwärmung angeordnet ist.

8. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkör­ per (35) zwischen dem Kompressor (19) und dem Kon­ densator (20) liegt.

9. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkör­ per (54) im Kühlmittelkreis (16) angeordnet ist.

10. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - in Strö­ mungsrichtung (15) des Kühlmittels betrachtet - dem Heizkörper (54) ein mit dem Wärmepumpenkreis (18) gekoppelter, einen zweiten Kondensator darstellen­ der Wärmeübertrager (58) vorgeschaltet ist.

11. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme­ übertrager (58) hinsichtlich des Wärmepumpenkreises (18) zwischen dem Kompressor (19) und dem Expan­ sionsventil (21) liegt.

12. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeü­ bertrager (58) mit dem Kühlmittelkreis (16) gekop­ pelt ist, dass - in Bezug auf die Strömungsrichtung (15) des Kühlmittels - dem Wärmeübertrager (58) der Heizkörper (54) nachgeschaltet ist und dass das vom Heizkörper (54) kommende Kühlmittel einen Nebenküh­ ler (56) des Kühlmittelkreises (16) durchströmt.

13. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenküh­ ler (56) vom Kühlluftstrom (22) gekühlt wird.

14. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluft­ strom (22) erst den Kühler (12) und dann den Neben­ kühler (56) durchsetzt.